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majer @ 2019.05.26 , 11:00
中学的物理教材上都会配有原子结构的模型图，类似于太阳系，中心是原子核，外面一圈圈轨道上排布着电子。但是你或许听说过，电子并非是微小的球体。 据我们所知，电子本身实际上并不具有“形状”——相反，它们要么表现为点状粒子，要么表现为波，因能量的变化改变形态。现在，物理学家第一次揭示出了人造原子中单个电子的形态信息。 实验用到了纳米尺度上的量子点显示技术。你可能听说过量子点电视，比如QLED电视，但除了用来收看《权力的游戏》大结局之外，该技术在科学上还有更重要的应用。 量子点被称为半导体中的人造原子，因为它们能够捕获电子并限制它们在三维空间中的运动，用电场将它们固定在适当的位置。被捕获电子的行为像与原子结合时一样。 借助分光镜，研究人员能够确定量子点中电子的能级，观察它们在不同强度和方向的磁场中的表现。 反过来，这又允许科学家计算量子点内电子波函数的形状，甚至精确到纳米级，乃至更小。 “简而言之，我们用这种方法首次描绘出电子的样子，”巴塞尔大学的物理学家Daniel Loss说。 但这还不是全部。通过调节电场，他们能够改变电子的运动轨迹，以高度针对性和精确的方式控制它们的自旋。 这对未来的研究和技术具有重大意义。它可能在研究量子纠缠的领域中发挥作用，因为成功纠缠需要两个电子的波函数沿同一平面取向。能够控制电子波函数的形状可能是非常有价值的工作。 至于技术，电子的自旋速率是用作量子比特的候选者，量子比特是量子计算机中最小的信息单位，但只在量子自旋是可控的情况下才有用。 由于自旋部分地取决于电子的几何形状，因此这是实现控制的一种可能方法。 研究的人员的两篇论文分别发表在Physical Review Letters 和Physical Review B。 本文译自 sciencealert，由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。 |
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